ПРОИЗВОДСТВО ЭТИЛЕНА
То жарко, то холодно, ничто не вечно Джордж Петти «Маленький дворец»
Химическим производством, наиболее тесно связанным с переработкой нефти, является производство этилена. Именно поэтому компании, которые занимаются и химическим производством, и нефтепереработкой, часто строят установки по производству этилена — они перекидывают мостик от одного к другому. Производство этилена правильнее называть производством олефинов', кроме того, встречаются названия «крекинг этилена» (что неправильно) , «крекинг водяного пара» (так как сырье смешивают с водяным паром), а также «крекинг...» с добавлением названия одного из видов сырья (например, этана).
Установки по производству олефинов сконструированы так, чтобы производить крекинг разных видов сырья, а именно:
Этана,
Этан-пропановой смеси,
Пропана,
Бутана,
Нафты,
Газойля.
Сначала эти установки должны были производить этилен для того, чтобы удовлетворить растущие аппетиты химической промышленности, для которой этилен — важнейший строительный блок. Производить пропилен было несколько менее интересно, так как большие запасы этого углеводорода всегда имелись на установке алки - лирования, откуда его можно было стащить, если возникала такая необходимость. Таким образом, на ранних стадиях развития большинство установок по производству олефинов были рассчитаны на крекинг этана или этан- пропановой смеси, так как этан превращается в этилен с высоким выходом (см. таблицу, приведенную ниже).
Развитие техники в последующие годы привело к использованию более тяжелого сырья, так как это сырье более доступно, а также потому, что нафта или газойль превращаются на этой установке в высокооктановые компоненты бензина. В настоящее время некоторое количество крупных олефиновых производств, размером со средний нефтеперерабатывающий завод, включены в систему нефтепереработки и производят значительные количества бензина.
Выход, фунт на фунт сырья
Сырье |
Этан |
Пропан |
Бутан |
Нафта |
Газойль |
Этилен |
0,77 |
0,40 |
0,36 |
0,23 |
0,18 |
Пропилен |
0,01 |
0,18 |
0,20 |
0,13 |
0,14 |
Бутилен |
0,01 |
0,02 |
0,05 |
0,15 |
0,06 |
Бутадиен |
0,01 |
0,01 |
0,03 |
0,04 |
0,04 |
Топливный |
|||||
Газ |
0,20 |
0,38 |
0,31 |
0,26 |
0,18 |
Бензин |
— |
0,01 |
0,05 |
0,18 |
0,18 |
Газойль |
— |
— |
— |
0,01 |
0,12 |
Жидкое топливо |
— |
— |
— |
— |
0,10 |
Олефиновая установка вбирает в себя некоторое количество бросовых потоков нефтеперерабатывающего завода. Например, газы с установки каталитического крекинга часто направляют в топливную систему, хотя они содержат этан, этилен, а также некоторое количество пропана и пропилена. Однако при наличии олефиновой установки эти компоненты можно разделить и использовать более эффективно.
Некоторые виды нафты имеют низкие октановые числа и поэтому представляют небольшую ценность как ком-
Рециркулят этана
Рециркулят пропана
Рис. 18.1. Производство олефинов. Крекинг этан-пропановой фракции.
Поненты бензина. Примером является рафинат бензола. Эти потоки могут служить хорошим сырьем для производства олефинов, не только потому, что они больше никуда не годятся, но и потому, что в качестве побочных продуктов производства этилена при этом получаются высокооктановые компоненты бензина.
В то же время, некоторые установки нефтеперерабатывающего завода служат дополнением для установки производства этилена. Например, бутилены и более тяжелые побочные продукты с этой установки находят применение в процессах переработки нефти. Нигде, кроме нефтеперерабатывающего завода, эти продукты товарной ценности не представляют.
Технологический процесс
Установки, в которых осуществляется крекинг этана или пропана, представляют гобой простейший вариант, но они позволяют изучить основы процесса. Этан и пропан по отдельности либо в виде смеси поступают в печь крекинга, где они пребывают короткое время при высо - н н н н
I I I I
I I
Н н
Кой температуре, а затем происходит быстрое охлаждение; в результате образуется большое количество этилена (рис. Что касается режима работы и сырья, установ
Ка по производству олефинов — это фактически обычная установка термического крекинга.
Этан и пропан не расходуются полностью за один проход через печи крекинга. Поэтому в ректификационной колонне эти газы отделяются и снова направляются в процесс. Обычно этан рециркулирует до уничтожения, а пропан частично выходит вместе с пропиленом. Существует три торговых марки пропилена, в зависимости от содержания примеси пропана: пропилен для полимеризации (97—99% основного вещества), химически чистый пропилен (92—95%) и нефтяной пропилен (50—65%).
На установке, предназначенной для крекинга более тяжелого сырья (нафты или газойля), образуется этан. Поэтому такие установки также содержат печь для переработки возвращенного этана (см. рис. 18.2). Выходы обычно указывают с учетом рециркуляции, а не за один проход.
Поток, который остается на олефиновом заводе, а не уходит в секцию переработки нефти, состоит из бутадиена (рис. 18.3). Бутадиен является диеновым углеводородом, его формула и молекула содержит две двойных связи. Благодаря двум двойным связям, это вещество очень реакционноспособно и используется для производства каучуков и пластмасс.
УПРАЖНЕНИЯ
Сколько сырья (бар/сут) потребуется для работы типичной установки по производству олефинов, производящей 1 млрд. фунтов этилена в год. В качестве сырья установка использует следующие продукты:
Этан (3,2 фунт/гал), пропан (4,24 фунт/гал), нафта (6,4 фунт/гал), газойль (7,3 фунт/гал).
Имеется установка крекинга этан-пропанового сырья с производительностью 500 млн. фунтов этилена в год. В настоящее время сырьем является смесь, состоящая из 70% этана (по объему) и 30% пропана, при этом установка работает с полной производительностью. Внезапно возникли трудности на рынке пропилена, и компания решила производить пропилен только в количестве 20 млн. фунтов в год. Сколько сырья перерабатывалось на установке до сих пор, сколько при этом получалось пропилена, и сколько этана теперь следует использовать вместо пропана, чтобы соотношение продуктов изменилось нужным образом?